Fusible (électrique) - Fuse (electrical)

Fusible
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Un fusible miniature temporisé 250 V qui interrompra un courant de 0,3 A au bout de 100 s, ou un courant de 15 A en 0,1 s. 32 mm (1 1/4") de long.
Taper Passif
Principe de fonctionnement Fusion du conducteur interne due à la chaleur générée par un flux de courant excessif
Symbole électronique
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Symboles électroniques pour un fusible
Fusible industriel 200 A. Pouvoir de coupure 80 kA .

En électronique et en électrotechnique , un fusible est un dispositif de sécurité électrique qui fonctionne pour assurer la protection contre les surintensités d'un circuit électrique. Son composant essentiel est un fil ou une bande métallique qui fond lorsque trop de courant le traverse, arrêtant ou interrompant ainsi le courant. C'est un dispositif sacrificiel ; une fois qu'un fusible a fonctionné, il s'agit d'un circuit ouvert et doit être remplacé ou recâblé, selon son type.

Les fusibles ont été utilisés comme dispositifs de sécurité essentiels dès les premiers jours de l'électrotechnique. Aujourd'hui, il existe des milliers de modèles de fusibles différents qui ont des valeurs nominales de courant et de tension, un pouvoir de coupure et des temps de réponse spécifiques, en fonction de l'application. Les caractéristiques de temps et de courant de fonctionnement des fusibles sont choisies pour fournir une protection adéquate sans interruption inutile. Les réglementations de câblage définissent généralement un courant nominal de fusible maximum pour des circuits particuliers. Les courts-circuits , les surcharges, les charges incompatibles ou la défaillance de l'appareil sont les principales ou certaines des raisons du fonctionnement des fusibles. Lorsqu'un fil sous tension endommagé entre en contact avec un boîtier métallique connecté à la terre, un court-circuit se forme et le fusible fond.

Un fusible est un moyen automatique de couper l'alimentation d'un système défectueux ; souvent abrégé en ADS (Déconnexion Automatique de l'Alimentation). Les disjoncteurs peuvent être utilisés comme alternative aux fusibles, mais ont des caractéristiques très différentes.

Histoire

Breguet préconise l'emploi de conducteurs à section réduite pour protéger les postes télégraphiques de la foudre ; en fondant, les fils plus petits protégeraient les appareils et le câblage à l'intérieur du bâtiment. Une variété d'éléments fusibles en fil ou en feuille étaient utilisés pour protéger les câbles télégraphiques et les installations d'éclairage dès 1864.

Un fusible a été breveté par Thomas Edison en 1890 dans le cadre de son système de distribution électrique.

Construction

Remplacement de 15 ampères 'Special Fuse Wire' (Israël, années 1950).

Un fusible se compose d'une bande métallique ou d'un élément fusible en fil, de faible section par rapport aux conducteurs du circuit, monté entre une paire de bornes électriques et (généralement) enfermé dans un boîtier incombustible. Le fusible est disposé en série pour véhiculer tout le courant traversant le circuit protégé. La résistance de l'élément génère de la chaleur en raison du flux de courant. La taille et la construction de l'élément sont (empiriquement) déterminées de manière à ce que la chaleur produite pour un courant normal ne fasse pas atteindre une température élevée à l'élément. Si un courant trop élevé circule, l'élément monte à une température plus élevée et fond directement ou fond un joint soudé dans le fusible, ouvrant le circuit.

L'élément fusible est composé de zinc, de cuivre, d'argent, d'aluminium ou d'alliages parmi ces métaux ou d'autres divers métaux pour fournir des caractéristiques stables et prévisibles. Idéalement, le fusible porterait son courant nominal indéfiniment et fondrait rapidement sur un petit excès. L'élément ne doit pas être endommagé par des surtensions mineures inoffensives, et ne doit pas s'oxyder ou changer son comportement après éventuellement des années de service.

Les éléments fusibles peuvent être façonnés pour augmenter l'effet de chauffage. Dans les grands fusibles, le courant peut être divisé entre plusieurs bandes de métal. Un fusible à double élément peut contenir une bande métallique qui fond instantanément sur un court-circuit, et contenir également un joint de soudure à bas point de fusion qui répond à une surcharge à long terme de faibles valeurs par rapport à un court-circuit. Les éléments fusibles peuvent être soutenus par des fils d'acier ou de nichrome, de sorte qu'aucune contrainte ne soit exercée sur l'élément, mais un ressort peut être inclus pour augmenter la vitesse de séparation des fragments d'élément.

L'élément fusible peut être entouré d'air, ou de matériaux destinés à accélérer l'extinction de l'arc. Du sable de silice ou des liquides non conducteurs peuvent être utilisés.

Caractéristiques

Courant nominal I N

Courant maximal que le fusible peut conduire en continu sans interrompre le circuit.

Temps vs caractéristiques actuelles

La vitesse à laquelle un fusible saute dépend de la quantité de courant qui le traverse et du matériau dont est fait le fusible. Les fabricants peuvent fournir un tracé du courant en fonction du temps, souvent tracé sur des échelles logarithmiques, pour caractériser l'appareil et permettre la comparaison avec les caractéristiques des dispositifs de protection en amont et en aval du fusible.

Le temps de fonctionnement n'est pas un intervalle fixe mais diminue à mesure que le courant augmente. Les fusibles sont conçus pour avoir des caractéristiques particulières de temps de fonctionnement par rapport au courant. Un fusible standard peut nécessiter le double de son courant nominal pour s'ouvrir en une seconde, un fusible à fusion rapide peut nécessiter le double de son courant nominal pour sauter en 0,1 seconde, et un fusible à fusion lente peut nécessiter le double de son courant nominal pendant des dizaines de secondes pour sauter. .

Le choix du fusible dépend des caractéristiques de la charge. Les dispositifs semi-conducteurs peuvent utiliser un fusible rapide ou ultrarapide car les dispositifs semi-conducteurs chauffent rapidement lorsqu'un excès de courant circule. Les fusibles à fusion la plus rapide sont conçus pour les équipements électriques les plus sensibles, où même une courte exposition à un courant de surcharge pourrait être dommageable. Les fusibles normaux à fusion rapide sont les fusibles à usage général. Un fusible temporisé (également appelé fusible anti-surtension ou fusible lent ) est conçu pour permettre à un courant supérieur à la valeur nominale du fusible de circuler pendant une courte période sans que le fusible ne saute. Ces types de fusibles sont utilisés sur des équipements tels que des moteurs, qui peuvent consommer des courants supérieurs à la normale pendant plusieurs secondes tout en accélérant.

La valeur I 2 t

L' indice I 2 t est lié à la quantité d'énergie laissée passer par l'élément fusible lorsqu'il élimine le défaut électrique. Ce terme est normalement utilisé dans des conditions de court-circuit et les valeurs sont utilisées pour effectuer des études de coordination dans les réseaux électriques. Les paramètres I 2 t sont fournis par des tableaux dans les fiches constructeurs de chaque famille de fusibles. Pour la coordination du fonctionnement des fusibles avec des dispositifs en amont ou en aval, la fusion I 2 t et le dégagement I 2 t sont spécifiés. La fusion I 2 t est proportionnelle à la quantité d'énergie nécessaire pour commencer à fondre l'élément fusible. L'élimination I 2 t est proportionnelle à l'énergie totale laissée passer par le fusible lors de l'élimination d'un défaut. L'énergie dépend principalement du courant et du temps pour les fusibles ainsi que du niveau de défaut disponible et de la tension du système. Étant donné que l' indice I 2 t du fusible est proportionnel à l'énergie qu'il laisse passer, il s'agit d'une mesure des dommages thermiques dus à la chaleur et aux forces magnétiques qui seront produits par une extrémité de défaut.

Pouvoir de coupure

Le pouvoir de coupure est le courant maximum qui peut être interrompu en toute sécurité par le fusible. Celui-ci doit être supérieur au courant de court-circuit présumé . Les fusibles miniatures peuvent avoir un pouvoir de coupure seulement 10 fois leur courant nominal. Les fusibles pour les petits systèmes de câblage basse tension , généralement résidentiels, sont généralement évalués, dans la pratique nord-américaine, pour interrompre 10 000 ampères. Les fusibles pour les systèmes d'alimentation commerciaux ou industriels doivent avoir des valeurs de coupure plus élevées, avec certains fusibles à coupure élevée à limitation de courant basse tension évalués à 300 000 ampères. Les fusibles des équipements haute tension, jusqu'à 115 000 volts, sont évalués en fonction de la puissance apparente totale (mégavoltampères, MVA ) du niveau de défaut sur le circuit.

Certains fusibles sont désignés à haut pouvoir de rupture (HRC) ou à haut pouvoir de rupture (HBC) et sont généralement remplis de sable ou d'un matériau similaire.

Fusible HRC avec indication rouge grillé

Les fusibles basse tension à haute capacité de rupture (HRC) sont utilisés dans le domaine des tableaux de distribution principaux dans les réseaux basse tension où il existe un courant de court-circuit présumé élevé. Ils sont généralement plus gros que les fusibles à vis et ont des contacts à capuchon ou à lame. Les fusibles à haute capacité de rupture peuvent être évalués pour interrompre un courant de 120 kA.

Les fusibles HRC sont largement utilisés dans les installations industrielles et sont également utilisés dans le réseau électrique public, par exemple dans les stations de transformation, les tableaux de distribution principaux ou dans les boîtes de jonction des bâtiments et comme fusibles de compteur.

Dans certains pays, en raison du courant de défaut élevé disponible là où ces fusibles sont utilisés, les réglementations locales peuvent autoriser uniquement du personnel qualifié à changer ces fusibles. Certaines variétés de fusibles HRC comprennent des caractéristiques de manipulation spéciales.

Tension nominale

La tension nominale du fusible doit être égale ou supérieure à ce qui deviendrait la tension en circuit ouvert. Par exemple, un fusible à tube de verre évalué à 32 volts n'interromprait pas de manière fiable le courant d'une source de tension de 120 ou 230 V. Si un fusible de 32 V tente d'interrompre la source de 120 ou 230 V, un arc peut se produire. Le plasma à l'intérieur du tube de verre peut continuer à conduire le courant jusqu'à ce que le courant diminue au point où le plasma devient un gaz non conducteur. La tension nominale doit être supérieure à la source de tension maximale qu'il faudrait déconnecter. La connexion de fusibles en série n'augmente pas la tension nominale de la combinaison, ni d'aucun des fusibles.

Les fusibles moyenne tension calibrés pour quelques milliers de volts ne sont jamais utilisés sur les circuits basse tension, en raison de leur coût et parce qu'ils ne peuvent pas dégager correctement le circuit lorsqu'ils fonctionnent à très basse tension.

Chute de tension

Le fabricant peut spécifier la chute de tension aux bornes du fusible au courant nominal. Il existe une relation directe entre la résistance à froid d'un fusible et sa valeur de chute de tension. Une fois le courant appliqué, la résistance et la chute de tension d'un fusible augmenteront constamment avec l'augmentation de sa température de fonctionnement jusqu'à ce que le fusible atteigne enfin l'équilibre thermique. La chute de tension doit être prise en compte, en particulier lors de l'utilisation d'un fusible dans des applications basse tension. La chute de tension n'est souvent pas significative dans les fusibles de type filaire plus traditionnels, mais peut être significative dans d'autres technologies telles que les fusibles de type réarmable (PPTC).

Déclassement de température

La température ambiante modifiera les paramètres de fonctionnement d'un fusible. Un fusible calibré pour 1 A à 25 °C peut conduire jusqu'à 10 ou 20 % de courant en plus à −40 °C et peut s'ouvrir à 80 % de sa valeur nominale à 100 °C. Les valeurs de fonctionnement varient avec chaque famille de fusibles et sont fournies dans les fiches techniques du fabricant.

Marquages

Un échantillon des nombreux marquages que l'on peut trouver sur un fusible.

La plupart des fusibles sont marqués sur le corps ou les embouts avec des marques qui indiquent leurs valeurs nominales. Les fusibles de type "puce" à technologie de montage en surface comportent peu ou pas de marquage, ce qui rend l'identification très difficile.

Des fusibles d'apparence similaire peuvent avoir des propriétés très différentes, identifiées par leurs marquages. Les marquages ​​des fusibles transmettront généralement les informations suivantes, soit explicitement sous forme de texte, soit implicitement avec le marquage de l'agence d'homologation pour un type particulier :

Emballages et matériaux

Divers supports pour fusibles à virole à cartouche

Les fusibles sont disponibles dans une vaste gamme de tailles et de styles pour servir dans de nombreuses applications, fabriqués dans des configurations de boîtier standardisées pour les rendre facilement interchangeables. Les corps de fusibles peuvent être en céramique , en verre , en plastique , en fibre de verre , en mica laminé moulé ou en fibre compressée moulée selon l'application et la classe de tension.

Les fusibles à cartouche ( ferrule ) ont un corps cylindrique terminé par des embouts métalliques. Certains fusibles à cartouche sont fabriqués avec des embouts de différentes tailles pour empêcher l'insertion accidentelle du mauvais calibre de fusible dans un support, leur donnant une forme de bouteille.

Les fusibles des circuits d'alimentation basse tension peuvent avoir des bornes à lame ou à étiquette boulonnées qui sont fixées par des vis à un porte-fusible. Certaines bornes à lame sont maintenues par des pinces à ressort. Les fusibles à lame nécessitent souvent l'utilisation d'un outil d'extraction spécial pour les retirer du porte-fusible.

Les fusibles renouvelables ont des éléments fusibles remplaçables, permettant au corps du fusible et aux bornes d'être réutilisés s'ils ne sont pas endommagés après une opération de fusible.

Les fusibles conçus pour être soudés à une carte de circuit imprimé ont des fils conducteurs radiaux ou axiaux . Les fusibles à montage en surface ont des plots de soudure au lieu de fils.

Les fusibles haute tension du type à expulsion ont des tubes en plastique renforcé de fibre ou de verre et une extrémité ouverte, et peuvent avoir l'élément fusible remplacé.

Les fusibles semi-fermés sont des porte-fils fusibles dans lesquels le fil fusible lui-même peut être remplacé. Le courant de fusion exact n'est pas aussi bien contrôlé qu'un fusible sous boîtier, et il est extrêmement important d'utiliser le bon diamètre et le bon matériau lors du remplacement du fil fusible, et pour ces raisons, ces fusibles tombent lentement en désuétude.

Ceux-ci sont encore utilisés dans les unités de consommation dans certaines parties du monde, mais deviennent de moins en moins courants. Alors que les fusibles en verre ont l'avantage d'un élément fusible visible à des fins d'inspection, ils ont un faible pouvoir de coupure (pouvoir de coupure), ce qui les limite généralement aux applications de 15 A ou moins à 250 V AC . Les fusibles en céramique ont l'avantage d'un pouvoir de coupure plus élevé, facilitant leur utilisation dans des circuits à courant et tension plus élevés . Le remplissage d'un corps de fusible avec du sable permet un refroidissement supplémentaire de l' arc et augmente le pouvoir de coupure du fusible. Les fusibles moyenne tension peuvent avoir des enveloppes remplies de liquide pour aider à l'extinction de l' arc . Certains types d'appareillage de distribution utilisent des fusibles immergés dans l' huile qui remplit l'équipement.

Les paquets de fusibles peuvent inclure une fonction de rejet telle qu'une broche, une fente ou une languette, qui empêche l'échange de fusibles d'apparence similaire. Par exemple, les porte-fusibles pour les fusibles nord-américains de classe RK ont une broche qui empêche l'installation de fusibles de classe H d'apparence similaire, qui ont un pouvoir de coupure beaucoup plus faible et une borne à lame solide qui n'a pas de fente de type RK.

Dimensions

Les fusibles peuvent être construits avec des boîtiers de différentes tailles pour empêcher l'échange de différentes valeurs nominales de fusible. Par exemple, les fusibles de style bouteille font la distinction entre les valeurs nominales avec différents diamètres de bouchon. Les fusibles en verre automobile ont été fabriqués en différentes longueurs, pour empêcher l'installation de fusibles de haute valeur dans un circuit destiné à une valeur inférieure.

Particularités

La cartouche en verre et les fusibles à fiche permettent une inspection directe de l'élément fusible. D'autres fusibles ont d'autres méthodes d'indication, notamment :

  • Goupille indicatrice ou percuteur — sort du capuchon du fusible lorsque l'élément est grillé.
  • Disque indicateur - un disque coloré (monté à fleur dans le capuchon d'extrémité du fusible) tombe lorsque l'élément est grillé.
  • Fenêtre d'élément - une petite fenêtre intégrée dans le corps du fusible pour fournir une indication visuelle d'un élément grillé.
  • Indicateur de déclenchement externe — fonction similaire à la goupille du percuteur, mais peut être fixé à l'extérieur (à l'aide de clips) à un fusible compatible.

Certains fusibles permettent de fixer un micro-interrupteur ou une unité de relais à usage spécial sur le corps du fusible. Lorsque l'élément fusible saute, la broche indicatrice s'étend pour activer le micro-interrupteur ou le relais, qui, à son tour, déclenche un événement.

Certains fusibles pour les applications moyenne tension utilisent deux ou trois canons séparés et deux ou trois éléments fusibles en parallèle.

Normes de fusibles

Fusibles CEI 60269

Coupe transversale d'un porte-fusible à vis avec fusible Diazed

La Commission électrotechnique internationale publie la norme 60269 pour les fusibles de puissance basse tension . La norme est en quatre volumes, qui décrivent les exigences générales, les fusibles pour les applications industrielles et commerciales, les fusibles pour les applications résidentielles et les fusibles pour protéger les dispositifs à semi-conducteurs. La norme CEI unifie plusieurs normes nationales, améliorant ainsi l'interchangeabilité des fusibles dans le commerce international. Tous les fusibles de différentes technologies testés pour répondre aux normes CEI auront des caractéristiques temps-courant similaires, ce qui simplifie la conception et la maintenance.

Fusibles UL 248 (Amérique du Nord)

Aux États-Unis et au Canada, les fusibles basse tension à 1 kV CA sont fabriqués conformément à la norme Underwriters Laboratories UL 248 ou à la norme harmonisée C22.2 n° 248 de l' Association canadienne de normalisation . Cette norme s'applique aux fusibles évalués à 1 kV ou moins. , AC ou DC, et avec un pouvoir de coupure jusqu'à 200 kA. Ces fusibles sont destinés aux installations conformes au Code canadien de l'électricité, Partie I (CEC), ou au Code national de l'électricité , NFPA 70 (NEC).

Les ampères standard pour les fusibles (et les disjoncteurs ) aux États-Unis/Canada sont considérés comme 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 150, 175 , 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800, 1000, 1200, 1600, 2000, 2500, 3000, 4000, 5000 et 6000 ampères. Les ampères standard supplémentaires pour les fusibles sont 1, 3, 6, 10 et 601.

UL 248 compte actuellement 19 « parties ». UL 248-1 fixe les exigences générales pour les fusibles, tandis que les dernières parties sont dédiées à des tailles de fusibles spécifiques (ex : 248-8 pour la classe J, 248-10 pour la classe L), ou pour des catégories de fusibles aux propriétés uniques (ex : 248-13 pour les fusibles semi-conducteurs, 248-19 pour les fusibles photovoltaïques). Les exigences générales (248-1) s'appliquent sauf tel que modifié par la partie supplémentaire (240-x). Par exemple, UL 248-19 permet aux fusibles photovoltaïques d'être évalués jusqu'à 1500 volts, CC, contre 1000 volts selon les exigences générales.

Les nomenclatures IEC et UL varient légèrement. Les normes CEI font référence à un "fusible" comme l'assemblage d'un lien fusible et d'un porte-fusible . Dans les normes nord-américaines, le fusible est la partie remplaçable de l'assemblage, et un fusible serait un élément en métal nu pour l'installation dans un fusible.

Fusibles automobiles

Les fusibles à lame sont disponibles en six tailles physiques : micro2, micro3, mini à profil bas, mini, régulier et maxi

Les fusibles automobiles sont utilisés pour protéger le câblage et les équipements électriques des véhicules. Il existe plusieurs types différents de fusibles automobiles et leur utilisation dépend de l'application spécifique, de la tension et des exigences de courant du circuit électrique. Les fusibles automobiles peuvent être montés dans des blocs-fusibles, des porte-fusibles en ligne ou des pinces à fusibles. Certains fusibles automobiles sont parfois utilisés dans des applications électriques non automobiles. Les normes pour les fusibles automobiles sont publiées par SAE International (anciennement connue sous le nom de Society of Automotive Engineers).

Les fusibles automobiles peuvent être classés en quatre catégories distinctes :

  • Fusibles à lame
  • Tube de verre ou type Bosch
  • Liens fusibles
  • Limiteurs de fusibles

La plupart des fusibles automobiles évalués à 32 volts sont utilisés sur des circuits évalués à 24 volts CC et moins. Certains véhicules utilisent un système électrique double 12/42 V CC qui nécessitera un fusible de 58 V CC.

Fusibles haute tension

Un ensemble de découpes fusibles en haut de poteau avec un fusible grillé, protégeant un transformateur - le tube blanc sur la gauche pend

Les fusibles sont utilisés sur les systèmes d'alimentation jusqu'à 115 000 volts CA. Les fusibles haute tension sont utilisés pour protéger les transformateurs de mesure utilisés pour le comptage de l'électricité, ou pour les petits transformateurs de puissance où la dépense d'un disjoncteur n'est pas justifiée. Un disjoncteur à 115 kV peut coûter jusqu'à cinq fois plus cher qu'un jeu de fusibles, de sorte que l'économie qui en résulte peut s'élever à des dizaines de milliers de dollars.

Dans les systèmes de distribution moyenne tension, un fusible de puissance peut être utilisé pour protéger un transformateur desservant 1 à 3 maisons. Les transformateurs de distribution montés sur poteau sont presque toujours protégés par un coupe -circuit à fusible , qui peut faire remplacer l'élément fusible à l'aide d' outils de maintenance sous tension.

Les fusibles moyenne tension sont également utilisés pour protéger les moteurs, les batteries de condensateurs et les transformateurs et peuvent être montés dans des appareillages de commutation sous enveloppe métallique ou (rarement dans les nouvelles conceptions) sur des tableaux de distribution ouverts.

Fusibles d'expulsion

Les fusibles de grande puissance utilisent des éléments fusibles en argent , en cuivre ou en étain pour fournir des performances stables et prévisibles. Des fusibles d'expulsion haute tension entourent le maillon fusible avec des substances dégageant des gaz, telles que l'acide borique . Lorsque le fusible saute, la chaleur de l'arc provoque le dégagement de grands volumes de gaz par l'acide borique. La haute pression associée (souvent supérieure à 100 atmosphères) et les gaz de refroidissement éteignent rapidement l'arc résultant. Les gaz chauds sont alors expulsés de manière explosive hors de la ou des extrémités du fusible. De tels fusibles ne peuvent être utilisés qu'à l'extérieur.

Un fusible haute tension de 115 kV dans une sous- station à proximité d' une hydroélectrique centrale
Ancien fusible moyenne tension pour un réseau 20 kV

Ces types de fusibles peuvent avoir une goupille d'impact pour actionner un mécanisme de commutation, de sorte que les trois phases soient interrompues si l'un des fusibles saute.

Un fusible haute puissance signifie que ces fusibles peuvent interrompre plusieurs kiloampères. Certains fabricants ont testé leurs fusibles pour un courant de court-circuit jusqu'à 63 kA .

Comparaison avec les disjoncteurs

Les fusibles ont l'avantage d'être souvent moins coûteux et plus simples qu'un disjoncteur pour des calibres similaires. Le fusible grillé doit être remplacé par un appareil neuf qui est moins pratique que le simple réarmement d'un disjoncteur et donc susceptible de décourager les gens d'ignorer les défauts. D'un autre côté, le remplacement d'un fusible sans isoler le circuit au préalable (la plupart des conceptions de câblage de bâtiment ne fournissent pas d'interrupteurs d'isolement individuels pour chaque fusible) peut être dangereux en soi, en particulier si le défaut est un court-circuit.

Les fusibles à haute capacité de coupure peuvent être évalués pour interrompre en toute sécurité jusqu'à 300 000 ampères à 600 V CA. Des fusibles limiteurs de courant spéciaux sont appliqués en amont de certains disjoncteurs à boîtier moulé pour protéger les disjoncteurs dans les circuits d'alimentation basse tension avec des niveaux élevés de court-circuit.

Les fusibles limiteurs de courant fonctionnent si rapidement qu'ils limitent l'énergie totale "passée" qui passe dans le circuit, aidant à protéger l'équipement en aval contre les dommages. Ces fusibles s'ouvrent en moins d'un cycle de la fréquence d'alimentation CA ; les disjoncteurs ne peuvent pas correspondre à cette vitesse.

Certains types de disjoncteurs doivent être entretenus régulièrement pour assurer leur fonctionnement mécanique lors d'une interruption. Ce n'est pas le cas des fusibles, qui reposent sur des processus de fusion où aucune opération mécanique n'est requise pour que le fusible fonctionne dans des conditions de défaut.

Dans un circuit d'alimentation multiphasé, si un seul fusible s'ouvre, les phases restantes auront des courants plus élevés que la normale et des tensions déséquilibrées, ce qui pourrait endommager les moteurs. Les fusibles détectent uniquement la surintensité ou, dans une certaine mesure, la surchauffe et ne peuvent généralement pas être utilisés indépendamment avec un relais de protection pour fournir des fonctions de protection plus avancées, par exemple la détection de défaut à la terre.

Certains fabricants de fusibles de distribution moyenne tension combinent les caractéristiques de protection contre les surintensités de l'élément fusible avec la souplesse d'une protection par relais en ajoutant un dispositif pyrotechnique au fusible actionné par des relais de protection externes .

Pour les applications domestiques, les disjoncteurs miniatures (MCB) sont largement utilisés comme alternative aux fusibles. Leur courant nominal dépend du courant de charge de l'équipement à protéger et de la température ambiante de fonctionnement. Ils sont disponibles dans les calibres suivants : 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 45A, 50A, 63A, 80A, 100A, 125A.

Boîtes à fusibles

Royaume-Uni

Au Royaume-Uni, les unités de consommation électriques plus anciennes (également appelées boîtes à fusibles) sont équipées soit de fusibles semi-fermés (réarmables) ( BS 3036 ) soit de fusibles à cartouche ( BS 1361 ). (Le fil de fusible est généralement fourni aux consommateurs sous forme de courtes longueurs de fil de 5 A, 15 A et 30 A enroulé sur un morceau de carton.) Les unités de consommation modernes contiennent généralement des disjoncteurs miniatures (MCB) au lieu de fusibles, bien que des cartouches les fusibles sont parfois encore utilisés, car dans certaines applications, les disjoncteurs différentiels sont sujets à des déclenchements intempestifs.

Les fusibles renouvelables (enfichables ou en cartouche) permettent le remplacement par l'utilisateur, mais cela peut être dangereux car il est facile de mettre un élément de fusible plus puissant ou double (lien ou fil) dans le support ( surfusion ), ou simplement de l'installer avec du fil de cuivre ou même un type d'objet conducteur totalement différent (pièces de monnaie, épingles à cheveux, trombones, clous, etc.) du support existant. Une forme d'abus de la boîte à fusibles consistait à mettre un sou dans la prise, ce qui a vaincu la protection contre les surintensités et a entraîné une situation dangereuse. Une telle altération ne sera pas visible sans une inspection complète du fusible. Le fil fusible n'a jamais été utilisé en Amérique du Nord pour cette raison, bien que des fusibles renouvelables continuent d'être fabriqués pour les tableaux de distribution.

L' unité de consommation standard Wylex était très populaire au Royaume-Uni jusqu'à ce que les réglementations de câblage commencent à exiger des dispositifs à courant résiduel (RCD) pour les prises qui pourraient alimenter des équipements en dehors de la zone équipotentielle. La conception ne permet pas le montage de RCD ou de RCBO . Certains modèles standard Wylex ont été fabriqués avec un RCD au lieu de l'interrupteur principal, mais (pour les unités de consommation alimentant l'ensemble de l'installation), cela n'est plus conforme aux réglementations de câblage car les systèmes d'alarme ne doivent pas être protégés par RCD. Il existe deux styles de base de fusible qui peuvent être vissés dans ces unités : l'un conçu pour les porte-fusibles réutilisables et l'autre conçu pour les porte-fusibles à cartouche. Au fil des ans, les MCB ont été conçus pour les deux styles de base. Dans les deux cas, les supports les mieux notés avaient des broches plus larges, de sorte qu'un support ne pouvait pas être remplacé par un support plus élevé sans changer également la base. Des porte-fusibles à cartouche sont désormais également disponibles pour les boîtiers sur rail DIN.

Amérique du Nord

En Amérique du Nord, les fusibles étaient utilisés dans les bâtiments câblés avant 1960. Ces fusibles à culot Edison se vissaient dans une douille à fusible similaire aux lampes à incandescence à culot Edison. Les valeurs nominales étaient de 5, 10, 15, 20, 25 et 30 ampères. Pour empêcher l'installation de fusibles avec un courant nominal excessif, les boîtes à fusibles ultérieures incluaient des fonctions de rejet dans la prise porte-fusible, communément appelée base de rejet (fusibles de type S) qui ont des diamètres plus petits qui varient en fonction de la valeur nominale du fusible. Cela signifie que les fusibles ne peuvent être remplacés que par le calibre de fusible prédéfini (Type S). Il s'agit d'une norme trinationale nord-américaine (UL 4248-11 ; CAN/CSA-C22.2 NO. 4248.11-07 (R2012) ; et, NMX-J-009/4248/11-ANCE). Les cartes de fusibles Edison existantes peuvent facilement être converties pour n'accepter que les fusibles à base de rejet (Type S), en vissant un adaptateur inviolable. Cet adaptateur se visse dans le porte-fusible Edison existant et possède un trou fileté de plus petit diamètre pour accepter le fusible de type S désigné.

Certaines entreprises fabriquent thermiques réarmables miniatures disjoncteurs , qui se vissent dans une douille de fusible. Certaines installations utilisent ces disjoncteurs à base d'Edison. Cependant, un tel disjoncteur vendu aujourd'hui a un défaut. Il peut être installé dans un coffret disjoncteur avec porte. Si c'est le cas, si la porte est fermée, la porte peut maintenir enfoncé le bouton de réinitialisation du disjoncteur. Dans cet état, le disjoncteur est effectivement inutile : il n'assure aucune protection contre les surintensités.

Dans les années 1950, les fusibles dans les nouvelles constructions résidentielles ou industrielles pour la protection des circuits de dérivation ont été remplacés par des disjoncteurs basse tension.

Les fusibles sont largement utilisés pour la protection des circuits de moteurs électriques ; pour les petites surcharges, le circuit de protection du moteur ouvrira automatiquement le contacteur de commande et le fusible ne fonctionnera que pour les courts-circuits ou les surcharges extrêmes.

Coordination des fusibles en série

Lorsque plusieurs fusibles sont connectés en série aux différents niveaux d'un système de distribution d'énergie, il est souhaitable de ne faire sauter (effacer) que le fusible (ou autre dispositif de surintensité) électriquement le plus proche du défaut. Ce processus est appelé « coordination » ou « discrimination » et peut nécessiter que les caractéristiques temps-courant de deux fusibles soient tracées sur une base de courant commun. Les fusibles sont choisis de telle sorte que le fusible mineur, de dérivation, déconnecte son circuit bien avant que le fusible d'alimentation, majeur, ne commence à fondre. De cette façon, seul le circuit défectueux est interrompu avec une perturbation minimale des autres circuits alimentés par un fusible d'alimentation commun.

Lorsque les fusibles d'un système sont de types similaires, de simples rapports empiriques entre les valeurs nominales du fusible le plus proche de la charge et du fusible suivant vers la source peuvent être utilisés.

Autres protecteurs de circuits

Fusibles réarmables

Les fusibles dits à réarmement automatique utilisent un élément conducteur thermoplastique connu sous le nom de thermistance à coefficient de température positif polymère (PPTC) qui entrave le circuit pendant une condition de surintensité (en augmentant la résistance de l'appareil). La thermistance PPTC se réinitialise automatiquement en ce sens que lorsque le courant est coupé, l'appareil se refroidit et revient à une faible résistance. Ces dispositifs sont souvent utilisés dans des applications aérospatiales/nucléaires où le remplacement est difficile, ou sur une carte mère d'ordinateur afin qu'une souris ou un clavier en court-circuit n'endommage pas la carte mère.

Fusibles thermiques

Coupure thermique

Un fusible thermique se trouve souvent dans les équipements grand public tels que les cafetières , les sèche-cheveux ou les transformateurs alimentant les petits appareils électroniques grand public. Ils contiennent une composition fusible et sensible à la température qui maintient un mécanisme de contact à ressort normalement fermé. Lorsque la température ambiante devient trop élevée, la composition fond et permet au mécanisme de contact à ressort de rompre le circuit. Le dispositif peut être utilisé pour prévenir un incendie dans un sèche-cheveux par exemple, en coupant l'alimentation des éléments chauffants lorsque le flux d'air est interrompu (par exemple, le moteur du ventilateur s'arrête ou l'entrée d'air se bloque accidentellement). Les fusibles thermiques sont un dispositif « one shot », non réinitialisable qui doit être remplacé une fois qu'ils ont été activés (grisés).

Limiteur de câble

Un limiteur de câble est similaire à un fusible mais n'est destiné qu'à la protection des câbles d'alimentation basse tension. Il est utilisé, par exemple, dans les réseaux où plusieurs câbles peuvent être utilisés en parallèle. Il n'est pas destiné à fournir une protection contre les surcharges, mais protège plutôt un câble qui est exposé à un court-circuit. Les caractéristiques du limiteur sont adaptées à la taille du câble afin que le limiteur élimine un défaut avant que l'isolation du câble ne soit endommagée.

Symbole Unicode

Le caractère Unicode pour le symbole schématique du fusible, trouvé dans le bloc technique divers , est U+ 23DB (⏛).

Voir également

Remarques

Les références

  • Richard C. Dorf (éd.) Le manuel de génie électrique , CRC Press, Boca Raton, 1993, ISBN  0-8493-0185-8

Liens externes